電感耦合等離子光譜法測定嬰幼兒營養米粉中鐵含量的不確定度評定

(江西省食品檢驗檢測研究院，南昌 330001)

1 引言

鐵是身體運轉過程中必需的微量元素之一，是非常重要的一種元素；其在人體活性因子構成中起到密切作用，如血紅蛋白、酶的輔助因子等[1，2]。鐵分布于人體中的各個部位，其中以脾和肝含量最多；一個成年人含有4～5克的鐵元素，以血紅蛋白形式存在的鐵占65～70%，這對維持身體中整個鐵的平衡和穩定起到關鍵性作用[3]。鐵在嬰幼兒成長過程扮演著很重要的角色，如果身體鐵含量吸收不足容易導致貧血現象，進一步影響嬰幼兒的學習和行為等方面能力[4]；而且缺鐵性貧血對嬰幼兒智力發育傷害是不可逆的，即使后期針對性補充鐵營養補充劑，嬰幼兒各方面能力也很難彌補[5]。因此，微量元素鐵對嬰幼兒生長發育非常重要；同時對市面上嬰幼兒輔食中鐵含量精準確定很有必要，這為含鐵產品選擇提供一定的參考意義。

目前對食品中元素含量檢測方法有電感耦合等離子體質譜法(Inductively Coupled Plasma mass spectrometer，ICP-MS)[6，7]，電感耦合等離子體光譜法(Inductively Coupled Plasma spectrometer，ICP)[8]，原子吸收光譜法[9，10]，分光光度法等[11]。其中ICP-OES法具有化學干擾少，分析速度快，精密度高，靈敏度高，檢測限低等優點[12]，被廣泛應用于食品中鐵含量測定。該實驗根據食品安全國家標準GB5009.268-2016《食品中多元素的測定》中ICP-OES法，本文以嬰幼兒營養米粉為例，使用ICP-OES法測定嬰幼兒米粉中的鐵含量。依據JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》評定嬰幼兒營養米粉中鐵的不確定度，根據實驗步驟分析該過程中引起不確定度的原因，主要包括涉及到的標準物質，設備儀器，玻璃器皿等，對各個不確定度進行計算分析，給出不確定度報告。目前國內很少關于ICP法測定食品中鐵的不確定度來源分析相關研究和報道，這為以后測定同類產品分析不確定度提供一定的指導作用和借鑒意義。

2 材料與方法

2.1 儀器和試劑

5100VDV電感耦合等離子體光譜儀(美國安捷倫公司)；ETHOS ONE微波消解儀(意大利MILESTONE公司)；GS25-20A趕酸儀(天津市萊玻特瑞儀器設備有限公司)；QUINTIX124-1CN分析天平(賽多利斯科學儀器北京有限公司)；Synergy純水儀(美國Millipore公司)；JYL-C16V九陽料理機(九陽股份有限公司)。1000μg/mL鐵標準物質(國家有色金屬及電子材料分析測試中心，唯一標識177026-1)；68%UP級硝酸(蘇州晶瑞化學股份有限公司)；市售嬰幼兒營養米粉。

2.2 實驗方法

2.2.1溶液配制

5%硝酸溶液：吸取50mL硝酸，加水定容至1000mL搖勻。鐵元素標準溶液配制：用5%的硝酸溶液配制成0、0.5、1.00、2.50、4.00、5.00mg/L的鐵標準溶液。

2.2.2樣品前處理

參考GB5009.268-2016《食品中多元素的測定》，樣品混勻后，稱取一定量樣品置于微波消解管中，加入5mL硝酸，加蓋放置1h后用蓋子蓋住旋緊，然后在微波消解儀中按照設定的程序(3min升溫至115℃，保持5min；3min升溫至150℃，保持5min；3min升溫至185℃，保持45min，結束后冷卻)進行微波消解；待消解結束冷卻至室溫后，打開蓋子，用少量水沖洗內蓋，將消解管放在100℃的趕酸儀中加熱30min，冷卻后用水定容至50mL，混勻備用，同時進行試劑空白試驗。

2.2.3電感耦合等離子體光譜儀條件

觀察方式：徑向觀測，RF功率1.2kW，等離子氣流量：12.0L/min，輔助氣流量：1.0L/min，霧化器流量：0.7L/min，觀察高度：8mm。

2.2.4鐵含量計算公式

公式中：X為樣品中鐵的含量(mg/kg)，C為樣品溶液中鐵的濃度(μg/L)，C0為樣品空白中鐵的濃度(μg/L)，f為樣品溶液的稀釋倍數，m為樣品的質量(g)。

3 結果與分析

3.1 不確定度評估

3.1.1不確定度來源分析

根據鐵含量的計算公式以及分析測試過程，ICP-OES法測定嬰幼兒米粉中鐵含量的不確定度主要包含以下幾點：樣品處理過程中稱樣質量、樣品定容體積以及樣品濃度引入的不確定度，標準物質以及標準溶液配制引入的不確定度，標準曲線擬合引入的不確定度，加標回收以及重復性引入的不確定度。

3.1.2不確定度分量的計算

(1)稱樣量引入的不確定度樣品稱樣量為0.5g，由分析天平計量檢定證書可以得到，其最大允許差為0.5mg。假定其為矩形(均勻)分布，換算成標準不確定度為：

由于采用減量法稱重，則由稱量引入的標準不確定度為：

由稱量引入的相對標準不確定度為：

(2)樣品定容體積引入的不確定度

在樣品處理定容過程采用的是50mL容量瓶，20℃時允許誤差為±0.05mL，取矩形(均勻)分布，則引入的標準不確定度為：

樣品定容液體為5%的硝酸溶液，以水計，在20℃時水的膨脹系數為2.08×10-4/℃，根椐容量瓶檢定證書，50mL容量瓶在20℃檢定，而實驗室溫度在±2℃之間變動，該影響引起的不確定度可通過估算該溫度范圍和體積膨脹系數來進行計算，本實驗只考慮溶劑即可。忽略溫度對容量瓶容積的影響。溶劑為1%的硝酸溶液，99%的水，因此按水的體積膨脹系數算為2.08×10-4/℃，取矩形分布，則由溫度變化引起的定容體積標準不確定度為：

由定容體積引入的相對標準不確定度為：

=0.000626

(3)標準物質引入的不確定度

根據標準物質證書可知，所使用的標準物質鐵(1000mg/L)的相對擴展不確定度為0.7%，k=2，則由標準溶液濃度引入的相對標準不確定度為：

=0.000626

由溫度引入的標準不確定度如下：

200μL移液槍吸取25μL，50μL，125μL，200μL時由溫度引入的標準不確定度為：

=0.00000600μL

=0.0000120μL

=0.0000300μL

=0.0000480μL

據此，標準物質配制過程中引入的各個相對標準不確定度為：

=0.00920

=0.00576

因此，標準物質配制過程引入的相對標準不確定度為：

(4)加標回收率引入的不確定度

對樣品進行了6次處理和6次加標回收處理，考察加標回收引入的不確定度。表1為處理的12次結果。

根據CNAS-GL06-2006化學分析中不確定度評估指南以及JJF1059.1-2012測量不確定度評定與表示，取置信概率95%，在自由度為5時臨界值t(95%，5)=2.57, 說明回收率與1之間無顯著性差異，不必采用fR修正結果。

表1 樣品加標回收率數據

(5)樣品重復測定引入的不確定度

(6)標準曲線最小二乘法擬合計算濃度引入的不確定度

對標準溶液的測量與樣品所設定的參數相同，每個標準溶液濃度測定兩次，表2是標準溶液的測定結果響應值。

表2 標準曲線方程參數

C0的標準不確定度可以根據工作曲線上樣品溶液響應值處的濃度標準偏差計算，計算公式如下：

3.1.3 合成相對標準不確定度及擴展不確定度

根據上述不確定度分量的分析，其相對標準不確定度見表3所示。

表3 鐵含量測定的相對標準不確定度

則合成相對標準不確定度為：

則鐵含量的擴展不確定度為：

3.1.4 測量不確定度報告與表示

食品安全國家標準GB5009.268-2016《食品中多元素的測定》中ICP-OES法測定嬰幼兒米粉中的鐵含量測定結果為(58.3±6.9)mg/kg(k=2)。

4 結論

從嬰幼兒營養米粉中的鐵含量測定中的各個不確定度分量計算可以看出，對實驗結果影響最大的是標準物質溶液的配制，由其引起的相對標準不確定度為0.0542；其次是標準曲線最小二乘法擬合計算濃度，由其引起的相對標準不確定度為0.0215；而樣品稱量、樣品溶液定容、加標回收、樣品重復測定對實驗結果影響較小。對各個相對標準不確定度進行合成，計算得出擴展不確定度為6.859mg/kg，最終ICP-OES法測定嬰幼兒米粉中的鐵含量不確定度報告表示為(58.3±6.9)mg/kg(k=2)。在本研究中，標準物質配制過程由于使用了200μL的移液槍吸取少量體積的標準物質，造成吸取的標準物質體積誤差比較大，從而影響實驗測定結果；這種誤差可通過吸取多大體積的標準物質用多大的移液槍解決。標準曲線最小二乘法擬合計算濃度由于樣品空白有一定的響應值，再則樣品、標液測定次數及選取的點少，從而對實驗結果也造成了一定的影響；可以選取雜質含量更少的優級純硝酸和超純水、增加標準溶液濃度點和測定次數以及增加樣品測量次數降低實驗過程中的誤差，使得測定結果更加準確。通過各個影響不確定度因素分析和研究，這為電感耦合等離子體光譜法測定食品鐵含量中易產生較大實驗誤差的因素進行更好控制和采取規避措施。